Что такое оптический тестер
Измеритель оптической мощности: особенности устройства и советы по выбору оптического тестера
Рефлектометр для оптоволокна (OTDR) представляет собой устройство, предназначенное для проверки волоконно-оптических сетей и поиск проблемных участков. Из статьи вы узнаете, какими особенностями обладает измеритель оптической мощности (https://e-server.com.ua/opticheskie-komponenty/izmeritelnoe-oborudovanie) и как выбирать такой прибор.
Как устроен и как работает тестер для оптоволокна
Устройство девайса довольно сложное, поэтому мы остановимся на трех главных компонентах тестера:
Лазерный светодиод — отвечает за создание зондирующих импульсов (подробнее об этом рассказывается ниже).
Оптический разветвитель — пропускает лазерный свет в волокно, но не дает ему попасть в приемник.
Фотоприемник — отвечает за измерение отражения.
Принцип работы рефлектометра для ВОЛС базируется на трех этапах. Так, прибор:
направляет лазерное излучение в оптическое волокно;
измеряет параметры света, который был отражен от волокна;
анализирует характеристики оптоволокна на основе полученных данных.
Все это позволяет не только выявить, а и локализовать поврежденный участок волоконно-оптической линии связи, например, излом кабеля, плохую сварку или испорченный коннектор.
Таким образом, технология диагностики является довольно эффективной, но у нее есть ограничения. О них — в следующем разделе.
Ограничения OTDR и как их обойти
Оптический тестер — полезное приспособление, однако, в его работе есть несколько нюансов.
Так, зондирующий импульс отражается от всех наконечников, а это приводит к появлению мертвой зоны, где нельзя провести измерения. Впрочем, это решается компенсационной катушкой — дополнительным отрезком оптоволокна, который подсоединяется к тестируемой линией. В этом случае мертвая зона будет приходиться на дополнительное волокно. При использовании этого метода стоит правильно подобрать длину катушки: она зависит от протяженности линии.
Еще одно ограничение связано с разными рабочими длинами волн. Однако это применимо не ко всем приборам, поскольку существуют универсальные варианты.
Таким же образом дела обстоят с таким параметром рефлектометра, как динамический диапазон. Он представляет собой мощность сигнала устройства, которая отвечает за умение девайса выявить даже минимальное затухание. Стоит отметить, что это у профессиональных моделей, используемых для крупных разветвленных ВОЛС, этого ограничения нет. Дело в том, что они обладают большим динамическим диапазоном.
Совет: чтобы выбрать модель для надежной диагностики, следует брать вариант, диапазон которого как минимум на 6 Дб больше потери самой длинной линии.
Отметим, что два из вышеперечисленных ограничений, по сути, являются ключевыми параметрами выбора устройства. Итак, при покупке стоит учитывать рабочие длины волн, а также динамический диапазон. Что касается слепых зон, то этот вопрос легко решить с помощью компенсационной катушки.
Какие вопросы следует задать перед приобретением рефлектометра
Чтобы купить подходящий измеритель мощности оптического сигнала, следует определиться со следующим:
какой тип оптического волокна будет диагностироваться: одномодовый или многомодовый;
какова максимальная длина волоконно-оптической линии, которую планируется тестировать;
какова цель диагностики: выявление неполадок, регулярное техническое обслуживание, паспортизация ВОЛС.
Ответы на вышеперечисленные вопросы позволяют существенно сузить круг поиска. Так, если нужно тестировать многомодовое волокно, то понадобится прибор с рабочими длинами волн 850 и 1300 нанометров. Для одномодового оптоволокна необходим вариант с рабочими длинами волн в 1310 и 1550 нм. Если же будет диагностироваться еще и PON, то могут пригодиться 1490 и 1625 нанометровые волны дополнительно к 1310 и 1550 нм.
Обратите внимание! Разрешение влияет на точность результатов измерения. Чем больше этот показатель (меньше цифра), тем точнее результаты.
Выбору пользователей предоставляются продвинутые модели, которые позволяют:
устанавливать опорный уровень — для определения затухания;
автоматически определять длину волны — для измерения вносимых потерь вместе с источником излучения;
определять модулированный сигнал — для идентификации оптоволокна на большой дистанции: можно прозванивать линию длиной минимум 100 км;
сохранять отчет — пригодится для паспортизации.
Важно! Производители оснащают модели разъемами под разные коннекторы. Их тип стоит учитывать при выборе.
Чтобы выбрать оптимальный тестер оптического волокна, необходимо дополнительно учитывать следующие нюансы:
Габариты и вес прибора. Крупные и тяжелые модели подходят для использования в помещении, на выезды же нужен легкий и компактный вариант.
Особенности корпуса. Так, для работы на городских сетях лучше выбрать модель во влагозащищенном корпусе, который обладает устойчивостью к низким и высоким температурам.
Возможность записывать данные на цифровые носители — пригодится для составления отчетов и дальнейшего анализа на ПК.
Оптические тестеры
Тестер используется:
при входном контроле параметров оптического кабеля;
монтаже кабеля;
приемосдаточные испытания кабельной системы;
контроль выходных параметров активного оборудования;
обслуживание действующей линии.
Основные преимущества прибора:
простота использования;
малые габариты и масса;
автономное питание;
достаточно высокая точность измерений;
стабильность параметров в течение всего времени измерения;
удобен в обращении, компактен и экономичен;
большой динамический диапазон, достаточный для тестирования участков кабеля между усилителями;
возможность измерений в широком спектральном диапазоне;
долговременную стабильность параметров;
малое энергопотребление, обеспечивающее длительную работу от одного комплекта батарей.
Требования к средствам измерений изложены в следующих законах и нормативных документах:
«Закон РФ об обеспечении единства измерений, 15.06.93».
«Государственный надзор и ведомственный контроль за средствами измерений. Основные положения. ГОСТ 8.002-86. 21.02.1986».
«»Временные технические требования к оптическим средствам измерений, предназначенным для применения на Взаимоувязанной сети связи РФ с дополнением № 1. 1999».
По конструктивному исполнению тестеры подразделяются на два типа:
Тестеры в виде комплекта более универсальны, так как позволяют применять большее число методов измерений.
Измерители оптической мощности
Входящие в состав тестера измерители должны обеспечивать низкий порог чувствительности, широкий спектральный диапазон измерений, равномерную чувствительность в заданном спектральном диапазоне или на длинах волн калибровки.
Измеритель оптической мощности (OPM): необходимость для тестирования оптоволоконного кабеля
Измеритель оптической мощности (OPM), также называемый тестером оптической мощности или OPM тестером, представляет собой инструмент тестирования, работающий для точного измерения мощности волоконно-оптического оборудования или мощности оптического сигнала, проходящего через оптоволоконный кабель. Изготовленный из откалиброванного датчика, который измеряет схему усилителя и дисплей, оптический измеритель мощности может использовать для установки, отладки и обслуживания любой оптоволоконной сети. И он может адаптироваться к различным стилям разъемов, таких как SC, ST, FC и т. д. Как правило, на оптическом измерителе мощности имеется пять кнопок: кнопка POWER, кнопка LIGHT, кнопка dB, кнопка ZERO и кнопка λ. Функции каждой кнопки показаны ниже:
Типы измерители оптической мощности
Существуют различные измерители оптической мощности из-за разного разрешения от 0,001 дБ до 0,1 дБ. Нужно выбрать соответствующее разрешение для измерения в соответствии с необходимостью тестирования. Например, лабораторные сети обычно нуждаются в измерителях оптической мощности с разрешением 0,01 дБ, а разрешение на уровне 0,001 дБ доступно на нескольких специализированных волоконно-оптических измерителях мощности.
Кроме того, неопределенность измерения почти всех оптических измерителей мощности одинакова, ограничена физическими ограничениями передачи стандартов с оптическими разъемами.
Процедура тестирования измерители оптической мощности
Тестирование измерителя мощности и источника света, также известное как метод 1-jumper, является наиболее точным способом измерения конец-в-конец потерь сигнала волокна, называемых затуханием. Ниже перечислены ограничения вносимых потерь TIA/EIA-568 для различных компонентов. Определенные установки или протоколы могут налагать более строгие ограничения.
Потеря бюджета (ограничения спецификации TIA/EIA)
Результаты тестирования должны сравниваться с допуском на затухание в линии связи, рассчитанным следующим образом:
Допуск затухания в линии (дБ) = Допуск затухания в кабеле (дБ) + Допуск на вносимые потери разъема (дБ) + Допуск на вносимые потери соединения (дБ)
Тогда, как работают оптический измеритель мощности и источник оптического света? Видео ниже дает вам четкую процедуру тестирования оптического измерителя мощности и покажет, как проверить вносимые потери волокна с двумя оптическим тестером.
Простой тестер для оптических сетей
Еще лет 20 назад оптические сети были атрибутом достаточно серьезных связных организаций. Но время идет и оптика приходит если не к каждому компьютеру, то уж точно в практически каждый дом и офис. А вместе с ней — и проблемы, сильно отличающиеся от проблем «медных» сетей.
Данный прибор является одним из самых простых оптических тестеров и состоит из двух почти независимых устройств — красного лазера подсветки и измерителя уровня излучения.
Разумеется, у профессиональных прокладчиков и обслуживальщиков оптических сетей имеются (обычно имеются ;)) существенно более сложные и дорогие приборы, по сравнению с тем, о котором я хочу рассказать. Если провести аналогию, то обозреваемый прибор по функционалу похож на лампочку с батарейкой по сравнению с мультиметром. Впрочем, и лампочкой с батарейкой можно решить много задач.
Сейчас расплодилось великое число различных оптических проводов. Общий принцип примерно одинаков — имеется некая прозрачная жила в оболочке, по которой распространяется свет. Материалы жилы и оболочки подобраны таким образом, что бы при распространении свет отражался от поверхности жилы внутрь жилы и не выходил наружу (по возможности). На пропускную способность и дальность канала влияет величина ослабления сигнала (из-за потерь на непрозрачность и неполного отражения) и разница в пути волны из-за множественных отражений.
Немного поясню вторую часть. Если жила достаточно толстая, то свет может разделиться на несколько пучков с чуть разными углами отражения. В результате, к приемнику эти пучки придут по немного разному пути с немного разной задержкой. Чем длиннее кабель, тем больше будет размыт импульс. Чем больше диаметр жилы, тем большая разница в пути может быть. 
Если разделить по виду жилы, то распространены следующие виды кабелей:
1) Пластиковый (толстый). Жила из пластика, диаметр около миллиметра. Самый дешевый вид, минимальные требования к точности сопряжения, очень простые приемник и передатчик (обычные фото- и свето-диоды), но большие потери. Для передачи обычно используется видимый участок спектра, красный. Типичная длина кабеля — в пределах десятка метров. Чаще всего его можно встретить в s/pdif кабеле бытовой аудиоаппаратуры. В цифровых системах связи на сегодня можно сказать и не используется. За последние лет 15 не могу припомнить хоть одно сетевое устройство с таким кабелем.
2) Мультимодовый кабель. Жила из стекла диаметров 50 мкм или (чуть более старый стандарт) — 62.5 мкм. Вместе с оболочкой — 125мкм. Иногда так и назывался: 50/125. Тут требования к точности сопряжения повыше, соответственно цельнопластиковые разъемы не годятся.
Типичная предельная длина канала — до полукилометра, скорость — до 1Гбит/с. В некоторых системах и на более короткое расстояние (внутри серверной) поддерживалась скорость 2.5 Гбит/с. С определенными ограничениями и потерей скорости можно «растянуть» на пару километров, но это уже нестандарт. Лет 15-20 назад был самым распространенным для прокладки магистралей внутри зданий (или в соседнее здание) из-за дешевизны кабеля и активного оборудования.
Для передачи обычно используется инфракрасный диапазон (850nm). Впрочем, изредка встречается использование и красных излучателей, и 1310 nm.
3) Одномодовый кабель. Похож на мультимодовый, но жила — 9мкм. Иногда называется 9/125. Требования к точности изготовления высокие, ответственные части изготавливаются из полированной керамики. Самый распространенный на текущий момент. Сейчас уже и для связи внутри здания кладут, разница в цене с мультимодом минимальна. Первоначально использовалась длина волны 1310 nm и (реже) старое оборудование на 850nm. В последнее время распространился 1550 nm.
Почему выбраны такие длины волн?
Красный — самое дешевая пара приемник/передатчик
850nm — раньше были проблемы с изготовлением излучателей на большую длину волны.
1310nm — Первое «окно» прозрачности волокна. Выше и ниже потери возрастают.
1350nm — Второе окно, причем еще лучшее, но излучатели появились позже.
Чем так хорош одномод?
Не вдаваясь в сложный и давно забытый школьный курс физики и всякие уравнения Максвелла, углы отражения дискретны, а их число конечно. И при достаточно тонкой жиле (диаметр зависит от длины волны и составляет примерно 10 лямбд) у света остается только один путь. Таким образом, световой импульс, проходя по линии связи, не разделяется на несколько пучков, только ослабляется. Качество фронта будет определяться только излучателем, линия связи (что 10м, что 100 км) не меняет фронты сигналов. Условно говоря, одномодовый кабель, давно проложенный для канала в 100 Мбит/с позволяет перейти на 10 Гбит/сек «простой» сменой активного оборудования.
Значительное влияние на «зоопарк» кабелей оказывают разъемы.
Вот три самых распространенных типа:
FC — разъем обеспечивает самую надежную фиксацию. Главным образом встречается в оптических кроссах. Ранее, практически все кроссы использовали этот тип, сейчас значительно потеснен разъемом типа SC. Правильно закрученный разъем FC очень плотно фиксируется, его можно сломать, но выдернуть не получится. Небольшой минус в том, что до закручивания нужно правильно вставить выступ на разъеме в специальный паз гнезда. Для отдельных криворуких монтажников это непосильная задача. Зато со всей дури завернуть плоскогубцами — на это дури хватает.
SC — пожалуй, сейчас это самый распространенный разъем. Легко вставляется, но выдернуть, потянув за провод, не получится. Вернее — у некоторых получается, но после этого разъем приходится менять. Для правильного извлечения нужно тянуть только за корпус разъема. Фиксация менее слабая (по сравнению с FC).
LC — младший брат SC. Он примерно вдвое меньше (центральный штырь тоже тоньше), пара таких разъемов помещается в корпус стандартного sfp-трансивера. Для многих применений раздельное использование волокон (для приема и передачи) имеет свои плюсы. Самый слабый из трех разъемов.
Разъемы и оптические кроссы. В отличие от медных проводов, гнезда на большинстве кроссов — это просто стальная втулка с точно выполненной керамической трубочкой внутри. С обоих концов во втулку завинчиваются или вставляются одинаковые вилки (но можно найти и не симметричные переходники, например FC/SC). Прецизионная керамическая трубка обеспечивает точное позиционирование центральных штырей с волокном друг напротив друга.
Сразу скажу, что прокладкой оптики я не занимаюсь, официальные тесты с распечатками красивых графиков затухания мне не нужны. Я эксплуататор. Посему покупка каких-нибудь рефлектометров и прочих умных приборов смысла не имеет. Особенно за свои деньги.
Но вот необходимость быстро проверить работу оптики и активного оборудования периодически возникает. В основном, нужно быстро определить уровень проблемы: одно дело, когда порвали/недокрутили патчкорд, другое дело — когда сдох медиаконвертер, и совершенно отдельное, когда экскаваторщик перебил кабель на 24 жилы.
Поэтому мне, как «дилетанту широкого профиля» вполне достаточно аналога «лампочки с батарейкой».
Основные функции прибора:
1) Подсветить красным лазером жилу — можно увидеть порванный/надломленный патч-корд или определить нужную жилу в кабеле (если в кроссе под сотню выходов — найти нужный иногда не так уж просто).
2) Посмотреть примерный уровень сигнала из жилы. Но слово «измерить» я бы не стал применять.
Покупка прибора была совершена довольно спонтанно. Просто в одном магазине выбирал другие «финтифлюшки» и он случайно попался на глаза. Далее был беглый просмотр цен (чтобы не купить вдвое дороже) и клик по кнопке купить. Посему вполне возможно, что найдется и дешевле. Но если брать оффлайн, то сходные по функционалу приборы продаются в разы дороже. Возможно, они точнее измеряют мощность, но мне достаточно буквально четырех градаций: «Сигнала нет» / «сигнал еле виден» / «сигнал примерно нормален» / «кто подключил Звезду Смерти с другой стороны?» Последнее — не совсем шутка. Передатчик для 100-километрового канала может физически выжечь приемник на коротком кабеле.
У продавца было около десятка вариантов подобных приборов. Основные отличия:
1) Наличие лазера подсветки и его мощность (1 или 10 мВт)
2) Форма корпуса и что-то типа пластикового чехла.
3) Интерфейс для снятия результатов измерений.
USB-интерфейс для устройства такого уровня кажется мне совершенно бесполезной опцией.
Внешний вид пластикового чехла как-то не понравился (он еще закрывает «уши» с отверстиями, за которые очень удобно подвешивать прибор на пузо).
А вот опцию лазера на 10 мВт я решил взять, она требуется как бы не чаще, чем измеритель мощности.
Комплект прибора: 
Кроме самого прибора и чехла к нему (чехол простой, по вполне годный, можно вешать на ремень) имеются два металлических переходника под разъемы типа FC и SC. Разъем под SC идет с заглушкой, FC — без заглушки. Поэтому лучше хранить с навернутым переходником на SC.
Как видно, прибор имеет два разъема: для передатчика и для приемника.
Разъем передатчика не имеет переходников для фиксации патч-кордов. Под откручивающимся колпачком (колпачок на цепочке) имеется стальная трубка с керамической ферулой (ferrule) внутри. Диаметр самый распространенный — 2.5 мм. Для тонких патч-кордов (LC и аналогичных) потребуется придумывать какой-то переходник. FC/SC нормально держатся и на трении.
Разъем приемника выполнен по-другому. Ферулу там пожалели, оставили только стальную трубку. Вероятно (т.к. прибор поддерживает мультимод) у приемного фотодиода достаточно большое отверстие и легкий люфт не влияет. Люфт действительно минимален, незначительно больше чем на нормальной керамической феруле.
Внешний вид прибора: 
Прибор управляется восемью кнопками.
Две левые красные кнопки управляют излучателем — верхняя (ON/OFF) включает его, а нижняя (CW/GLINT) переключает между постоянным горением и мерцанием. Для поиска на оптическом кроссе мерцание удобнее. Частота мерцания — 2 герца.
Включение излучателя индицирует красный светодиод над экраном. В режиме мерцания диод мигает синхронно с лазером.
Следующие две кнопки управляют включением измерителя и подсветкой экрана (light). Яркость подсветки не регулируется, но она вполне комфортна.
Кнопка Auto OFF управляет функцией автоматического отключения.
Кнопка dB переключает режим отображения мощности между линейной шкалой (в ваттах) и логарифмической (в децибелах).
Кнопка Zero предназначена для калибровки ноля. Мне пока не требовалась — при вставленной заглушке на индикаторе и так ноль.
Самая правая нижняя кнопка переключает измеряемую длину волны. На излучатель она никак не влияет, это касается только приемника. Впрочем, и в приемнике не вполне понятен механизм ее действия, т.к. фотодиод один и никаких управляемых фильтров там нет. Могу предположить, что кнопка просто вводит поправку результата измерения мощности в соответствии с графиком чувствительности фотодиода к разным длинам волн. Предполагаю (проверить сейчас нет возможности), что если на вход подать сигнал с несколькими длинами волн, то прибор выдаст не мощность на выбранной длине волны, а некую взвешенную сумму. Но линии со спектральным разделением каналов «в быту» встречаются редко, и я не считаю недостатком подобное поведение для прибора такого ценового диапазона.
Прибор разбирается без проблем. С обратной стороны совершенно открыто имеется 4 больших винта и два поменьше (в ушах). Плата крепится еще одним винтом и двумя небольшими защелками. Приемник и передатчик смонтированы на отдельной пластиковой вставке. Как можно заметить, и на приемник, и на передатчик идет по два провода.
Верхняя часть печатной платы: 
Сверху ничего интересного нет, только экран с подсветкой, да контакты кнопок. Кнопки подсветки не имеют.
Нижняя часть печатной платы: 
На плате видны следующие компоненты:
1) Контроллер дисплея (распространенный HT1621B)
2) Управляющий процессор (Atmega)
3) не распаянный задел под usb-интрефейс
4) кучка логики и операционных усилителей
5) источники питания
Управляющий процессор и контакты программирования: 
Колодка внутрисхемного программирования — обычные 6 контактов, только под pogo-pin.
Между кварцем и процессом стоит восьминогий чип супервизора питания.
Дискретные компоненты (ОУ и логика): 
Не могу обоснованно подтвердить полезность, но применение точных резисторов мне приятно. Монтаж вполне нормальный, похоже на промышленное производство. Если сравнить с одной из предыдущих картинок, явно видно, что дисплей впаивался вручную.
Источники питания: 
Явно видны два независимых импульсных преобразователя на пятиногих микросхемах. Набор обвязки практически идентичен, только дроссель в одном из каналов значительно больше (но индуктивности совпадают). Что несколько удивило — различие в выходных фильтрах. На мощном канале сначала стоит электролит(С9), а после дросселя (L4) керамика. Во втором канале — наоборот. Причем это явно не ошибка монтажника, поскольку ширина монтажных площадок отличается.
Особо анализировать схему я не стал. Как она работает — примерно понятно из набора компонентов, а тратить время на выяснение нюансов непродуктивно. Все равно TDR здесь не просматривается, обновлений прошивки тоже не будет.
Показания при открытом разъеме (без заглушки и кабеля), 1310 nm, лазер выключен: 
Прибор ловит фоновую засветку, мощность минимальна. Но все-таки фиксируется целых 6 нановатт!
В верхней строке показывается выбранная длина волны.
На следующей строке выводится уровень принимаемого сигнала в dBm (децибелы, приведенные к 1 мВт). В большинстве случаев документация на оптические модули нормирует мощность именно в dBm.
Нижняя строка переключаема — можно выбрать ватты или децибелы. Особой пользы от нижней строки нет, средняя строка вполне информативна в большинстве случаев. Фактически, это просто встроенный калькулятор из dBm в ватты/децибелы.
Зачем на экране индикатор включения подсветки (солнышко) для меня не вполне понятно — разве что для проверки на случай сгорания подсветки?
Еще на экране есть индикатор низкого заряда батарейки (справа) и индикатор автовыключения (слева).
Подключаем кабель, лазер пока не включаем: 
Засветка ушла.
Лазер включен, выбрано 850 nm: 
Сразу виден солидный уровень, неверную длину волны прибор игнорирует.
Прибор показывает 3 мВт, при заявленной мощности лазера в 10 мВт. Но нужно учитывать, что рабочая длина лазера (650нм) далеко за пределами измерителя (850-1600 нм). Можно только предположить, что она явно больше 1 мВт — значит, с опцией мощности лазера не обманули.
Лазер включен, выбрано 1310nm: 
Физическая мощность лазера не изменилась, но в вычислителе применили другие поправочные коэффициенты и индицируемая мощность упала в разы. Вероятно, на 850nm чувствительность приемника существенно слабее и прибор вводил значительный повышающий коэффициент.
Для теста я попробовал оценить мощности двух старых медиаконвертеров при выборе разных длины волн.
У самого Dlink в документации я не нашел выходной мощности передатчика, но внутри используется лазерный модуль LSB2-A3S-PC-N3, для которого декларирована мощность 0..-10dBm.
Замеры показали пониженную мощность передатчика — вполне возможно, что глюки именно из-за этого.
Про точность измерений сказать ничего не могу — под рукой нет эталонных приборов для проведения подробных контрольных замеров. Но разрешающая способность вполне на уровне. Результаты воспроизводимы до долей dBm, а при боковом давлении на разъем SC (не делайте так на рабочих системах!) уровень падает на 0.1-0.3 dBm.